+池秀清（山西廣播電視臺(tái)衛(wèi)星傳輸中心）

引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，以信息技術(shù)為代表的科技和產(chǎn)業(yè)正在逐步升級(jí)，2017年11月25日，工信部正式發(fā)布了《關(guān)于5G通訊系統(tǒng)使用3300MHz～3600MHz和4800MHz～5000MHz頻段相關(guān)事宜的通知》，劃定了5 G系統(tǒng)可用頻率。衛(wèi)星地球站下行頻率主要使用標(biāo)準(zhǔn)C波段3700MHz～4200MHz，也有部分衛(wèi)星業(yè)務(wù)頻率使用擴(kuò)展C波段3400MHz～3700MHz,這樣5G系統(tǒng)使用的頻率與衛(wèi)星C波段下行頻段3400MHz～4200MHz內(nèi)的部分頻率重疊，將對(duì)衛(wèi)星廣播電視信號(hào)的正常接收造成干擾，必須考慮采取技術(shù)措施認(rèn)真加以應(yīng)對(duì)。

1.干擾原因分析

中國(guó)移動(dòng)獲得了5 G 頻譜的兩段即2515MHz～2675MHz、4800MHz～4900MHz，中國(guó)電信獲得5G頻率是3400MHz～3500MHz，中國(guó)聯(lián)通5G頻率是3500MHz～3600MHz。從以上分配的5G頻率范圍來看，中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的5G頻譜對(duì)衛(wèi)星擴(kuò)展C波段下行頻率3400MHz～3600MHz會(huì)形成同頻干擾，5G頻率與C波段下行頻率3700MHz～4200MHz接近，容易產(chǎn)生鄰頻干擾（如圖1所示）。

1.1 衛(wèi)星接收系統(tǒng)特性

圖1 衛(wèi)星接收系統(tǒng)受5G干擾類型示意圖

圖2 LNB組成框圖

地面衛(wèi)星接收系統(tǒng)主要由接收天線、高頻頭、高頻同軸電纜、功分器和衛(wèi)星接收機(jī)組成。國(guó)內(nèi)常用的C 波段高頻頭工作頻段在3400MHz～4200MHz,它由低噪聲放大器、混頻器、本振、中頻放大器等電路組成(如圖2所示)，其中低噪聲放大器簡(jiǎn)稱LNA,混頻器、本振等電路組成低噪聲變頻器簡(jiǎn)稱LNB,高頻頭總功率增益約為60dB，它的作用是將C波段衛(wèi)星下行信號(hào)進(jìn)行放大，并下變頻為L(zhǎng)波段950MHz～1750MHz信號(hào)，輸入至室內(nèi)單元衛(wèi)星接收機(jī)。5G信號(hào)頻譜在衛(wèi)星接收系統(tǒng)高頻頭的工作頻段內(nèi)，經(jīng)過衛(wèi)星接收天線進(jìn)入高頻頭的信號(hào)有衛(wèi)星下行信號(hào)和5G信號(hào)，并且經(jīng)過LNB變頻及中頻放大后的5G信號(hào)與衛(wèi)星下行信號(hào)一起送至接收機(jī)。接收系統(tǒng)能否受到5G信號(hào)干擾，主要看LNA/LNB或接收機(jī)內(nèi)部放大電路是否工作在線性區(qū)。依據(jù)國(guó)際電聯(lián)ITU-R S.2199-0報(bào)告，當(dāng)進(jìn)入衛(wèi)星接收站的干擾信號(hào)總功率超過-60dBm時(shí)，低噪聲變頻放大器LNB將產(chǎn)生飽和干擾。根據(jù)廣播電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《GY/T 148-2000 衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)技術(shù)要求》，衛(wèi)星接收機(jī)的輸入電平適應(yīng)范圍是：-65dBm～-30dBm，過高的輸入電平可能導(dǎo)致衛(wèi)星接收機(jī)產(chǎn)生飽和干擾或阻塞干擾。經(jīng)測(cè)試正常接收的衛(wèi)星信號(hào)在天線饋源輸出的載波功率約為-120dBW，微弱的信號(hào)通過低噪聲放大器及第一中頻放大器的放大，其輸出端的載波功率約為-25dBm,接收機(jī)能正常工作。當(dāng)有5G信號(hào)干擾且干擾電平幅度較大時(shí)高頻頭的輸出可達(dá)到0dBm，使接收機(jī)“死機(jī)”，造成接收信號(hào)中斷。衛(wèi)星接收機(jī)的輸入電平應(yīng)該在接收機(jī)規(guī)定的指標(biāo)范圍之內(nèi)，若輸入信號(hào)過強(qiáng)，則在接收機(jī)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的非線性失真，引起電視圖像出現(xiàn)馬賽克甚至黑屏，進(jìn)入接收系統(tǒng)干擾信號(hào)的強(qiáng)弱決定干擾程度的大小。

1.2 衛(wèi)星C波段下行信號(hào)分析

衛(wèi)星地球站用較大的功率將節(jié)目信號(hào)發(fā)送至衛(wèi)星，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器處理后再經(jīng)過約35786公里下行到達(dá)地面，供地面接收。

衡量衛(wèi)星向地面輻射能力的重要參數(shù)EIRP代表衛(wèi)星發(fā)送功率和天線增益的綜合性能。衛(wèi)星的EIRP值指衛(wèi)星發(fā)射天線出發(fā)口的數(shù)值，一般約為40dBW/36MHz，該數(shù)值由衛(wèi)星公司提供。衛(wèi)星的等效全向輻射功率越高，到達(dá)地面的場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)。衛(wèi)星下行信號(hào)從太空到達(dá)地面接收點(diǎn)的途徑中存在傳輸損耗，用L0表示：

λ 指?jìng)鬏斝盘?hào)的波長(zhǎng)，d 代表信號(hào)傳輸距離。地球上任何一個(gè)接收點(diǎn)到同步衛(wèi)星的距離在35786Km～41678Km之間,C波段下行頻率取4 GHz，代入上式得到自由空間傳播損耗的取值范圍：L0=196.2±0.67dB,工程上一般取196.2dB(即下行信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線到達(dá)地面的功率要損耗約196dB)，衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)地面的功率密度約為-121.8 dBm/100MHz。

1.3 5G基站信號(hào)與衛(wèi)星下行信號(hào)比較

以頻率為3500MHz～3600MHz的中國(guó)聯(lián)通5G基站為例，系統(tǒng)帶寬100MHz，發(fā)射系統(tǒng)為AAU設(shè)備的基站，3600MHz～3700MHz頻段內(nèi)最大無用輻射功率譜密度-26dBm/MHz，在3700 MHz～4200MHz頻段內(nèi)的最大無用輻射功率譜密度為-47 dBm/MHz,MIMO5G天線矩陣的最大增益25dB，5G基站線性區(qū)最大輸出功率53dBmW，即EIRP理論可達(dá)到78dBmW/100MHz。可以看出5G信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于衛(wèi)星下行信號(hào)強(qiáng)度，地面接收系統(tǒng)需采取其它應(yīng)對(duì)措施抵抗5G信號(hào)的干擾。

1.4 地球站受5G基站干擾案例

2019年9月中旬，我地球站播出的山西衛(wèi)視節(jié)目，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)告警，A天線接收電視圖像不時(shí)出現(xiàn)“馬賽克”或“黑屏”的現(xiàn)象，觀察碼流分析儀接收誤碼率升高，抗干擾功率自動(dòng)增益系統(tǒng)A天線接收信噪比降低且不時(shí)超出下限值甚至降到零（如圖3所示），此時(shí)我站上行發(fā)射功率正常，頻譜儀L波段下行信號(hào)在1550MHz～1650MHz頻段載波電平很高，此頻段為聯(lián)通3.5GHz～3.6GHz頻段5G信號(hào)經(jīng)LNB變頻后的頻率，分析干擾源來自聯(lián)通5 G 基站，與聯(lián)通運(yùn)營(yíng)商協(xié)調(diào)，對(duì)方稱他們正在調(diào)試我站周邊的5G基站，隨即聯(lián)通5G基站將功率降低，以上干擾現(xiàn)象得到緩解，在聯(lián)通運(yùn)營(yíng)商配合下暫停測(cè)試將基站關(guān)閉，上述干擾現(xiàn)象消失。分析造成5G信號(hào)干擾我站下行接收的原因是：盡管所接收衛(wèi)星下行信號(hào)不與5G信號(hào)重疊，但由于5G基站測(cè)試時(shí)將發(fā)射功率一度加至接近滿載，以及5G基站帶外衰減指標(biāo)不佳，影響地球站接收正常節(jié)目信號(hào)信噪比下降，引起接收碼流誤碼率升高，使接收系統(tǒng)無法正常解調(diào)，接收?qǐng)D像出現(xiàn)馬賽克，甚至電平幅度太高的5G信號(hào)進(jìn)入LNA/LNB使其飽和，引起接收信號(hào)中斷導(dǎo)致接收監(jiān)視黑屏。

為避免以上干擾現(xiàn)象的發(fā)生，我站將此接收系統(tǒng)進(jìn)行了改造，在接收天線饋源輸出端與高頻頭之間加裝了窄帶濾波器，有效地抑制了帶外5G干擾信號(hào)，改造完成后經(jīng)過測(cè)試，該濾波器對(duì)5G信號(hào)的抑制度≥55dB,接收系統(tǒng)的Eb/N0劣化0.7dB,滿足系統(tǒng)性能要求。另外為了將5G干擾信號(hào)降到最小，協(xié)調(diào)聯(lián)通運(yùn)營(yíng)商在其5G基站功率輸出與發(fā)射天線間加裝了帶通濾波器，使我站電磁環(huán)境得到了更好的改善。

以上分析了衛(wèi)星接收系統(tǒng)的特點(diǎn)，經(jīng)過對(duì)5G基站信號(hào)與衛(wèi)星C波段下行信號(hào)比較，以及地球站接收系統(tǒng)受5G干擾的案例，可知采取頻率隔離等方法能抵御5G信號(hào)的干擾 。

2.抗5G干擾措施

結(jié)合我地球站接收系統(tǒng)抗5G干擾改造實(shí)踐，在天線饋源口輸出及低噪聲放大器LNA或低噪聲變頻器LNB之間，加裝抗5G干擾的窄帶帶通濾波器，效果很好。工作頻率在3700MHz～4200MHz的帶通濾波器能有效濾除3.7GHz～4.2GHz的帶外干擾信號(hào)，可使射頻信號(hào)在高頻頭下變頻前起到抑制5G信號(hào)的作用。

另外在5G干擾電平較大的情況下，可加裝窄帶濾波器與更換窄帶高頻頭組合、或加裝屏蔽網(wǎng)以及選用旁瓣特性好的接收天線等抑制5G信號(hào)的干擾。

3.結(jié)束語

5G系統(tǒng)已經(jīng)正式開始運(yùn)營(yíng)，隨著用戶的增多，5G基站的發(fā)射功率會(huì)不同程度增大，今后C波段下行信號(hào)受5G干擾的問題會(huì)更加嚴(yán)峻。衛(wèi)星地球站要根據(jù)具體情況，系統(tǒng)全面地對(duì)改造設(shè)施進(jìn)行評(píng)估測(cè)試，將5G信號(hào)可能帶來的干擾降至最低，確保衛(wèi)星廣播電視信號(hào)安全暢通。

圖3 衛(wèi)星地球受5G信號(hào)干擾接收載噪比降低